roboforum.ru

Ну вот наконец-то есть продвижка в деле лайнтрейса. Собрал тележку, колеса - колесики прокрутки мышиные, моторчики уже помощнее, прижим валов нормальный. Тестовые пуски показали отличную скорость - около 1 м/с, разворот на 360 градусов на одном колесе около секунды. Нарисовал примерную трассу на А1, меньше зачетной (1-34). Перед пуском у меня производится калибровка датчиков. В общем вплотную подошел к разработке алгоритма. Первый алгоритм был простейший (нетерпелось посмотреть, как робот пройдет пробную трассу) - каждой комбинации датчиков сопоставляется комбинация шимов для моторов. Плохой алгоритм - робот с трудом проходит трассу. У меня сигналы от трех датчиков заведены на ацп, время получения информации от всех датчиков около 330 мкс. И хотя робот за это время проезжает мало - то ли он не успевает получить информацию, то ли инерция не позволяет. В общем это больше пост-отчет, буду писать сюда о своих дальнейших успехах/неудачах.

наверняка просто из-за инерции. метр в секунду - это много...
имхо, проще начинать с надежного захвата линии, а уже потом скорость поднимать.

Пробую сейчас алгоритм с одним датчиком. Датчики от ведущих колес расположены недалеко (робот маленький), даже на малой скорости датчик по дуге перемещается очень быстро. Приходится искусственно ограничивать скорость. Сейчас она 10 см/с, это значит трасса 1-34 за 30 секунд. Позорище.

Добавлено спустя 26 минут 5 секунд:
Вернулся к предыдущему алгоритму - зря его ругал, нашел ошибку в коде (когда копипастил - не сменил одно число на другое), а это была переменная, которая говорила с какой стороны линия находится. Сделал круг гораздо быстрее - и тут сел аккумулятор. Технологический перерывчик.

Добавлено спустя 1 час 16 минут:
Зарядил аккумулятор и узнал еще одну очевидную вещь - при разном напряжении питания моторчики крутят по разному. На свежем аккумуляторе у меня опять стал улетать с трассы. А ставить стабилизатор в моем случае не выгодно: моторчики на 3В, аккумулятор полностью заряжен 4.2 В, разряженный 3 В.

Чего за аккумулятор? Литий? 3 вольта быстро его убьет, ниже 3.5 не разряжай.

он самый. увлекаюсь - не до вольтметра. У меня запасной есть

Попробовал реализовать ПД алгоритм, но пока не получается. В целом я его понимаю, но реализовать пока не могу - целиком со всеми деталями он пока не влезает в мой мозг. Пока что написал программу по другому алгоритму (проверять буду после работы). Суть алгоритма в следующем:
- если робот находится на центре линии - он разгоняется до определенного максимума
- если робот начал съезжать с линии - он начинает тормозить обоими колесами (вычитая заранее заданные числа, для каждого колеса свое, но не ниже заранее заданного предела)
- если робот съехал с линии еще сильнее - он теряет скорость еще быстрее (другие коэффициенты)
- если робот потерял линию, он знает с какой стороны она осталась и будет крутиться на колесе, в надежде поймать линию.
- если робот возвращается на линию - эти коэффициенты начинают прибавляться, происходит разгон до максимума.

Для настройки задействовано 14 коэффициентов. Вроде мысль здравая - на повороте снижать скорость, проходить поворот на пониженной, а потом снова увеличивать скорость.

Пробные заезды показали, что алгоритм в целом работает. Но из-за больших коэффициентов робот сильно крутит башкой, а значит все время проводит в поворотах при небольшой скорости. Буду уменьшать шаг (много меньше 1), сейчас у меня за цикл происходит изменение на 1 за 330 мкс, то есть алгоритм выродился в однодатчиковый. Но по крайней мере перестал терять линию.

ЗЫ. Стартовая полоска на трассе вносит юмор. При переезде через нее робот делает пируэт - оборот вокруг оси и едет дальше. Иногда может развернуться и поехать в другую сторону. Ну это мы со временем поправим.

Возня с коэффициентами позволила немного улучшить результат (стало 15 секунд вместо 18), но робот едет "змейкой". Сейчас думаю сделать мат. модель робота (она будет зависеть от сцепления колес с поверхностью и от напряжения питания, но за питанием я могу следить сам, а полигон для гонок будет всегда один и тот же). Для получения мат модели нужно узнать скорости при разных шимах, а также радиусы поворотов и угловые скорости для разных шимов (при условии что второе колесо стоит).

чтобы робот не вихлялся, однозначно нужен ПИД,
то есть вводить дифференциальную составляющую.

Это то понятно, просто сам я еще не могу до конца продумать алгоритм, не вмещается он мне пока в мозг, а поучиться у кого - так не могу найти в инете ничего про ПИД лайнтрейсера. Классический ПИД для печки мне понятен - я с этим по работе много сталкивался. А тут....
Поначалу я думал чтобы управляющим воздействием была бы разность шимов левого и правого колес (тогда интегральная составляющая не нужна), сейчас уже сомневаюсь. Думаю что для каждого колеса надо ПИДом рассчитывать свой шим. С пропорциональной составляющей все понятно, умножаем на отклонение и все. С интегральной уже не все понятно - ну будем суммировать отклонения от центра и делить на время интегрирования. Этот процесс очень медленный, а ситуация на трассе меняется очень быстро. Может и не нужна интегральная составляющая? И уж совсем непонятно что делать с производной. Я думаю, что надо вести учет времени между событиями изменения отклонения.

Я со временем собираюсь опробовать разные алгоритмы, надеюсь что дойду и до ПИДа. А сейчас практический вопрос, касаемый мат модели. Мотор начинает крутить колесо не с нулевого шима - это очевидно. Робот с танковым поворотом может развернуться на одном колесе - это минимальный радиус разворота. А вот как получить другие радиусы разворота? По идее разный шим на колеса - вот и большие радиусы. Но из-за того, что шим работает не с нуля - получается что робот может ездить не по всем возможным радиусам, больше минимального?

на входе - отклонение линии от центра.
на выходе разность ШИМ-ов
интегральная - не нужна.
дифференциальная - чтобы предсказывать.
На времена забить - все равно коэффициенты подбирать будете.

после расчета разности ШИМ-ов по ПИДу можно скорректировать ее в соответствии с кривизной движков.
скорее всего просто смещение прокатит...

не нужно сильно бояться, что один движок "перекручивает"...
отрегулированный ПИД найдет точку стабилизации
(даже если она будет не строго по центру).

Добавлено спустя 2 минуты 55 секунд:
про радиусы - что-то у вас не клеится.
Шим-то "работает" не с нуля, но скорость-то "работает" с нуля!

Добавлено спустя 3 минуты 48 секунд:
вообще построение модели - дело гиблое на практике.
Прежде всего потому, что параметризовать вы ее нормально не сможете.
Ну то есть как вы, например, собираетесь измерить момент инерции движка с колесом,
или зависимости момента от шима и скорости? Чисто теоретическая модель возможна, только она вам слабо поможет в выборе коэффициентов...

Спасибо за ответ. Но вопросы еще остались.

Все еще не понимаю как прикрутить дифференциальную составляющую. Знаю про нее, что это производная отклонений (ошибки, рассогласования). Производную умножить на коэффициент я смогу, вопрос в том как получить эту производную. Грубо говоря, производная - это отношение отклонения ко времени (d/dt), в нашем случае это конечная разность. Отсюда мое предположение о подсчете времени. Если забить на время - как посчитать дифференциальную составляющую?

Дальше: вот мы получили разность шимов $30. А сколько должно быть на каждом колесе? Пар подходящих значений очень много.

Шим не с нуля, а скорость с нуля - у меня не получилось подобрать такой шим, чтобы скорость была черепашьей. Он гудит, но не крутит. А когда хватает силы сдвинуться - скорость уже не близкая к нулю.

А насчет модели: согласен, там все сложно. Ну получу я данные, а что с ними делать потом. Я думал по простому: нахожу шим, при котором вписываюсь в повороты без виляний, как только схожу с линии - включаю поворот, пока снова на линию не вернусь. Может быть я откажусь от этой идеи, особенно если дойдет как дифференциальную составляющую считать.

1. Вычесть старое отклонение из нового...
то есть у вас в ПИДе должен был бы быть компонент dX/dT * Kd = dX * (Kd/dT).
Какая вам разница что подбирать Kd или (Kd/dT)? Поэтому время можно выкинуть.

2. Ну скорость-то тоже как-то задать надо. Он вам и стоя на месте может линию "ловить"

3. Это просто из-за разницы трения покоя и трения качения. Фактически график скорости от момента имеет гистерезис между нулем и моментом страгивания.

Подбирать коэффициенты достаточно просто.
1 - подбираете П, так чтобы линию не терял.
2 - добавляете Д потихоньку (и немного уменьшаете П), так чтобы рысканья снизить (ну и чтоб линию по прежнему не терял)
3 - потихоньку поднимаете скорость, корректируя коэффициенты... При необходимости можно уменьшить Д, приподнять П и первые шаги еще раз повторить...

Как-то так... итерационно. А считать здесь сложно - зависимости неизвестные и нелинейные.
В нормально настроенном ПИД рысканья должны быстро затухать... Если он вообще не рыскает, а плавно выходит на линию - это обычно значит, что скорость можно немножко поднять.

Еще раз огромное спасибо, эти крупицы знаний для меня бесценны.

Хочется уточнить один момент, перед тем как начну программить. Опять про дифференциальную составляющую. Для меня физический смысл производной - это тангенс угла наклона касательной к графику. А тангенс - отношение противолежащего катета к прилежащему. Противолежащий катет - наше отклонение, у меня оно 0 - на линии, 1 и 2 - две степени отклонения, 3 - потеря линии. Прилежащий катет - это время. Если отклонения сменяют друг друга быстро - тангенс больше, если медленно - тангенс меньше. Хотя чувствую, что лезу в дебри. Конечные разности (цифровые аналоги производных) считают как разность между отсчетами. Пока писал - сам все понял . Сам себя запутал.

Теперь наступило прояснение в голове, основной алгоритм я понял, приступаю к реализации.

Программу я написал, ошибок конечно много выловил. Но в целом ПД регулятор работает. Но только на низкой скорости, и вихляние все равно очень сильное. Коэффициенты я несколько дней подбирал, проверил много пар чисел, выбрал самую лучшую пару, но все равно не фонтан. Я грешу на малое количество датчиков, у меня всего 3, а у прототипа их было 6. У меня что: 1,2 и потеря линии. И в другую сторону тоже самое. Есть еще одна идея. У меня расстояние между датчиками 15 мм, ширина линии 20 мм. Значит 1 мы имеем при сдвиге 5 мм, 2 - при сдвиге 10 мм, 3 - при сдвиге 25 мм. Так может вместо чисел 1,2,3 использовать числа 1,2,5?

ЗЫ. Пока с вихляниями ездит на шиме 40 из 256